18.ago ametista 15.00_534_celesc-d

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18.ago ametista 15.00_534_celesc-d

  1. 1. Interligação de um Gerador Eólico com a Rede Elétrica P&D CELESC e FEESC/UFSC Apresentação: Carlos Eduardo Marcussi Gomes
  2. 2. Interligação de um Gerador Eólico com a Rede Elétrica <ul><li>INTEGRANTES: </li></ul><ul><li>CELESC: </li></ul><ul><ul><li>Gerente do projeto </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Carlos E. Marcussi Gomes, M.Eng . </li></ul></ul></ul><ul><li>UFSC/FEESC/INEP: </li></ul><ul><ul><li>Coordenação: </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Prof. Samir Ahamd Mussa, Dr. Eng </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Prof. Marcelo Lobo Heldwein, Dr. Sc. </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>Alunos de Doutorado: </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Eduardo Valmir de Souza, M. Eng. </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Gabriel Tibola, M. Eng. </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Márcio Silveira Ortmann, M. Eng. </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Romero Andersen, M. Eng . </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>Aluno de Mestrado : </li></ul></ul><ul><ul><ul><ul><li>Daniel F. Collier </li></ul></ul></ul></ul><ul><ul><li>Alunos de Graduação : </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Alan D. Callegaro </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Marcelo C. Maccarini </li></ul></ul></ul>
  3. 3. <ul><li>Dados da Energia Eólica no Brasil: </li></ul><ul><li>Hoje: 51 usinas eólicas ( 929 MW); </li></ul><ul><li>Leilão de Energia de Reserva dez/2009 ---> 1800MW; </li></ul><ul><li>Leilão de Energia de Reserva/A3 ago/2010 ---> 2800MW; </li></ul><ul><li>Nova estimativa de potencial eólico: > 350GW ( torres de 80 a 100 m); </li></ul><ul><li>Estimativa de 5 GW de potência instalada para o final de 2013 . </li></ul>Interligação de um Gerador Eólico com a Rede Elétrica
  4. 4. <ul><li>Objetivos gerais: </li></ul><ul><ul><li>Desenvolvimento e implementação de um sistema baseado em conversores estáticos para interligação de um aerogerador de pequeno porte (1-10 kW) com a rede elétrica comercial. </li></ul></ul><ul><li>Meta final: </li></ul><ul><ul><li>Construção de um sistema de conversão estática capaz de controlar o conjunto turbina eólica – gerador, transferindo a maior potência disponível em seus terminais para uma rede elétrica de distribuição, trifásica comercial (380 V/60 Hz), condicionando apropriadamente as correntes injetadas e minimizando as perdas globais do sistema </li></ul></ul><ul><li>Contribuições: </li></ul><ul><ul><li>Aplicação de uma topologia de retificador PWM trifásico unidirecional com interruptores conectados em delta para controlar um conjunto turbina eólica – gerador síncrono a ímãs permanentes; </li></ul></ul><ul><ul><li>Desenvolvimento de uma técnica para rastreamento de máxima potência baseada nas características estáticas e dinâmicas do sistema mecânico. </li></ul></ul>Interligação de um Gerador Eólico com a Rede Elétrica
  5. 5. <ul><li>Duas etapas/equipes trabalhando simultaneamente: </li></ul><ul><li>Bancada de emulação de vento+turbina eólica: </li></ul><ul><ul><li>Independência das condições do vento; </li></ul></ul><ul><ul><li>Independência do tipo de rotor eólico; </li></ul></ul><ul><ul><li>Propiciar as condições necessárias para avaliar experimentalmente o desempenho do sistema de conversão projetado; </li></ul></ul><ul><ul><li>Versatilidade e flexibilidade. </li></ul></ul><ul><li>Conversor estático de potência: </li></ul><ul><ul><li>Operação com correntes senoidais no gerador (minimização das perdas e esforços no gerador); </li></ul></ul><ul><ul><li>Retificador PWM unidirecional, menores perdas internas; </li></ul></ul><ul><ul><li>Estratégia de rastreamento do ponto de máxima potência sem utilização de sensores; </li></ul></ul><ul><ul><li>Injeção de correntes senoidais na rede elétrica. </li></ul></ul>Desenvolvimento
  6. 6. Arquitetura geral do sistema: Desenvolvimento Sistema de Emulação de Turbina+Vento Conversor Back-to-Back
  7. 7. Arquitetura geral do sistema: Desenvolvimento
  8. 8. <ul><li>Sistema de emulação do aerogerador </li></ul><ul><li>Simular o comportamento do conjunto rotor/gerador para condições de vento pré-estabelecidas; </li></ul><ul><li>O emulador deve apresentar o mesmo comportamento dinâmico do aerogerador; </li></ul><ul><li>O controle do emulador é realizado através de um computador, onde um programa reproduz as equações que modelam o sistema. </li></ul>Desenvolvimento
  9. 9. Sistema de Emulação do Aerogerador: Desenvolvimento <ul><li>Software de interface com usuário; </li></ul><ul><li>Ajuste e programação das condições de testes; </li></ul><ul><li>Conexão direta com o drive do motor; </li></ul>
  10. 10. <ul><li>Sistema de emulação de vento+turbina eólica </li></ul><ul><li>Bancada de testes </li></ul>Desenvolvimento
  11. 11. <ul><li>Projeto e desenvolvimento do conversor: Escolha das topologias </li></ul><ul><li>Arquitetura de dupla conversão do tipo back-to-back , formada por um retificador PWM trifásico unidirecional e um conversor PWM trifásico em fonte de tensão (VSC – Voltage Source Converter ) bidirecional . </li></ul>Desenvolvimento Retificador Inversor
  12. 12. <ul><li>Projeto e desenvolvimento do conversor: Retificador </li></ul><ul><li>O retificador caracteriza o primeiro estágio de processamento de energia (CA-CC), drenando energia do GSIP e transferindo-a ao barramento em corrente contínua (CC). </li></ul>Desenvolvimento <ul><li>Correntes senoidais na máquina; </li></ul><ul><li>Topologia unidirecional, menores perdas e maior robustez; </li></ul><ul><li>Conexão direta no gerador, sem indutores externos; </li></ul><ul><li>Controle com leitura apenas de duas correntes da máquina; </li></ul>
  13. 13. <ul><li>Projeto e desenvolvimento do conversor: Conversor VSC </li></ul><ul><li>O conversor bidirecional faz a conversão e o condicionamento da energia disponível no barramento CC para transferi-la à rede elétrica através de um transformador de conexão. </li></ul>Desenvolvimento <ul><li>Correntes senoidais na rede elétrica; </li></ul><ul><li>Bidirecionalidade do fluxo de energia; </li></ul><ul><li>Controle vetorial; </li></ul><ul><li>Modulação Space Vector ; </li></ul>
  14. 14. <ul><li>Projeto e desenvolvimento do conversor. </li></ul><ul><li>Potência: 7,5 kW; </li></ul><ul><li>Tensão nominal do barramento CC 235 V </li></ul><ul><li>Transformador de conexão com a rede 380 V (Y) /146 V ( Δ ) </li></ul><ul><li>Frequência de comutação do VSC:19,98 kHz; </li></ul><ul><li>Frequência de comutação do retificador:3,996 kHz; </li></ul><ul><li>Controle digital. </li></ul>Desenvolvimento Projeto 3D
  15. 15. Projeto e desenvolvimento do conversor: Protótipo Construído Desenvolvimento Retificador Inversor Processador 248 mm
  16. 16. Resultados Experimentais <ul><li>Energização da estrutura através do VSC: </li></ul><ul><li>Processo progressivo e suave; </li></ul><ul><li>Correntes limitadas; </li></ul><ul><li>Tensão do barramento bem amortecida; </li></ul>
  17. 17. Resultados Experimentais <ul><li>Tensão e correntes na rede elétrica: </li></ul><ul><li>Baixo conteúdo harmônico das correntes; </li></ul><ul><li>Baixa ondulação de alta freqüência; </li></ul><ul><li>Alto fator de potência. </li></ul>
  18. 18. <ul><li>Correntes no PMSG: </li></ul><ul><li>Baixo conteúdo harmônico das correntes; </li></ul><ul><li>Baixa ondulação de alta freqüência; </li></ul><ul><li>Perdas reduzidas na máquina; </li></ul>Resultados Experimentais
  19. 19. <ul><li>Retificador PFC: </li></ul><ul><li>Melhor aproveitamento e controle da energia do vento; </li></ul><ul><li>Menores perdas na máquina; </li></ul><ul><li>Menores perdas e maior robustez, quando comparado ao conversor VSI tradicional; </li></ul><ul><li>Maior complexidade de operação; </li></ul><ul><li>Maior custo, quando comparado ao retificador não controlado; </li></ul>Conclusões
  20. 20. <ul><li>Conversor VSC: </li></ul><ul><li>Controle adequado garante boa qualidade das correntes injetadas na rede, mesmo com tensões distorcidas; </li></ul><ul><li>Topologia bem conhecida e consagrada, com diversas soluções tecnológicas disponíveis; </li></ul><ul><li>Bidirecionalidade do fluxo de energia, podendo agregar outras funções (filtro ativo, compensador de reativos,etc.); </li></ul><ul><li>Conexão com transformador: isolação galvânica e redução da tensão do barramento; </li></ul>Conclusões
  21. 21. <ul><li>Contribuição direta: </li></ul><ul><li>Proposição, projeto e implementação de um conversor estático para interligação de um aerogerador de pequeno porte (1-10 kW) com a rede elétrica comercial. </li></ul><ul><li>Demais Contribuições: </li></ul><ul><li>Aplicação de uma topologia de retificador PWM trifásico unidirecional com interruptores conectados em delta para controlar um conjunto turbina eólica – gerador síncrono a ímãs permanentes. Maior robustez e menores perdas; </li></ul><ul><li>Desenvolvimento de uma técnica para rastreamento de máxima potência baseada nas características estáticas e dinâmicas do sistema mecânico; </li></ul>Conclusões
  22. 22. <ul><ul><ul><li>Carlos Eduardo Marcussi Gomes, M.Eng. </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>[email_address] </li></ul></ul></ul>OBRIGADO <ul><ul><ul><li>Prof. Samir Ahamd Mussa, Dr. Eng. </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>[email_address] </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Márcio Silveira Ortmann, M. Eng. </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>[email_address] </li></ul></ul></ul>

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